석탄 화력 발전소 배출 미세먼지 측정을 위한 복사전달 방정식 해석

Analysis of Radiative Transfer Equation for Measurement of Particulate Matter Emitted from Coal-Fired Power Plants

목적 : 본 연구에서는 화력 발전소에서 배출되는 미세먼지 측정을 위한 복사전달 방정식의 해석을 알아보고자한다. 일반적으로 광산란법이나 광소멸법은 미세먼지 농도 측정에 사용된다.방법 : 이 논문에서는 two-flux approximation을 사용하여 복사전달 방정식을 풀고 무차원 입사 복사를 구하여 보았다. 또한, Lorenz-Mie 이론을 사용하여 미세먼지 입자의 복사특성을 예측하여 보았다. 미세먼지 입자의 크기 분포는 기하 평균 입경 지름 10 nm, 100 nm 그리고 1 μm의 3가지 경우를 고려하였다.결과 및 토의 : 흡수, 산란 단면과 비대칭 인자를 파장의 함수로 예측하고 서로 다른 기하 평균 입경에 대하여 비교하였다. 또한 미세먼지의 질량 농도를 사용하기 위하여 질량 흡수, 산란 단면을 구하였다. 배출에서 무차원 입사복사를 계산하고 질량 농도 10 mg/m3와 50 mg/m3에 대하여 Beer-Lambert와 비교하였다.결론 : 입자의 흡수와 비교하여 산란의 영향이 적을 때 Beer-Lambert 법칙이 타당하다는 것을 알아냈다. 그리고무차원 입사 복사는 미세먼지의 복사 특성에 큰 영향을 받는다는 사실을 알아냈다.

Objectives: This study represents the analysis of radiative transfer equation (RTE) for measurement of particulate matter emitted from coal-fired power plants. Generally, the light extinction method is used to measure the mass concentration of particulate matter.Methods: In this paper, the two-flux approximation is used to solve the radiative transfer equation and obtain the nondimensional incident radiation within emission outlet. Also, the radiation characteristics of the particulate matter are predicted with Lorenz-Mie theory. The particulate matter has three size distributions with geometric mean particle diameters 10 nm, 100 nm and 1 μm.Results and Discussion: Absorption and scattering cross-sections and asymmetric factor are predicted as a function of wavelength and compared with respect to geometric mean particle diameters. Also, mass absorption and scattering cross-sections are predicted for conversion of particulate matter mass concentration. The nondimensional incident radiations at the emission outlet are calculated and compared with that of Beer-Lambert law for mass concentration 10 mg/m3 and 50 mg/m3.Conclusions: Beer-Lambert law is valid for low scattering medium compared with absorption of medium. Nondimensional incident radiations at the emission are highly affected by the radiation characteristics of particulate matter.